Chapitre 5 • Le rôle de la composition chimique…
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pression partielle des fluides (PF), en particulier H 2 O et CO 2 qui sont libérés par les
roches carbonatées lors des réactions de déshydratation et décarbonatation.
Ainsi, la minéralogie des roches métamorphiques est clairement contrôlée par de
faibles variations de la composition chimique du protolithe. Il est nécessaire de
distinguer ces modifications minéralogiques de celles liées à la variation des paramètres intensifs du métamorphisme (P, T, fluides). La règle des phases nous indique
qu’il existe une relation entre le nombre de minéraux d’une roche et le nombre de
constituants chimiques de cette roche.
5.2 LA RÈGLE DES PHASES
Dans chaque séquence, dans chaque gamme de composition chimique, la paragenèse
d’une roche est fonction de P et T, mais aussi des variations de la composition chimique.
Au cours d’une évolution métamorphique, des minéraux nouveaux se forment tandis
que d’autres disparaissent. Cependant, le nombre de minéraux n’augmente pas, mais
reste, au contraire, constant. Il existe une relation mathématique très simple qui lie le
nombre de minéraux et le nombre de constituants chimiques de la roche. C’est la
règle des phases qui s’écrit :
M = C + 2 – F.
« M » est le nombre de phases physiquement distinctes : dans le cas des roches, il
s’agit des minéraux et, éventuellement, la phase vapeur V. « C » est le nombre de
constituants chimiques indépendants. « F » est le degré de liberté ou la variance de
l’assemblage des « M » minéraux.
Le nombre de constituants indépendants est le plus petit nombre de composés
chimiques (éléments, oxydes, molécules) dont la combinaison permet d’obtenir les
compositions de toutes les phases (minéraux) d’un système donné. Considérons le
système minéralogique constitué des trois silicates d’alumine : disthène, sillimanite,
andalousite. Ces trois minéraux sont des polymorphes qui ont la même composition
chimique : Al 2 SiO 5 . Un seul constituant indépendant rend compte de ce système. Par
contre, si l’on veut prendre en considération le quartz et le corindon, deux constituants
chimiques sont nécessaires : SiO 2 et Al 2 O 3 . Si l’on s’intéresse aux métaux silicium et
aluminium et au gaz oxygène, il faut prendre en compte trois constituants chimiques
indépendants qui sont Si, Al et O.
Dans la règle des phases, le chiffre 2 indique le nombre de paramètres intensifs du
métamorphisme : T et P. Si l’on raisonne dans un système isobare ou isotherme,
alors ce chiffre est 1. « F » est le degré de liberté ou la variance de l’assemblage des
« M » minéraux. Nous considérerons uniquement des valeurs de F comprises entre 0
et 2. Mais des valeurs supérieures et négatives sont possibles.
Revenons à l’exemple des trois silicates d’alumine (figure 5.1). Nous avons là un
système avec C = 1 (Al 2 SiO 5 ). Si F = 2, la règle des phases indique que M = 1. La
paragenèse correspondante est constituée d’un seul des trois minéraux : Ky ou Sil ou
And. Cet « assemblage » a deux degrés de liberté dans l’espace P-T. Cela signifie
que chacune des paragenèses Ky ou Sil ou And reste stable lorsque P et/ou T varient
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pression partielle des fluides (PF), en particulier H 2 O et CO 2 qui sont libérés par les
roches carbonatées lors des réactions de déshydratation et décarbonatation.
Ainsi, la minéralogie des roches métamorphiques est clairement contrôlée par de
faibles variations de la composition chimique du protolithe. Il est nécessaire de
distinguer ces modifications minéralogiques de celles liées à la variation des paramètres intensifs du métamorphisme (P, T, fluides). La règle des phases nous indique
qu’il existe une relation entre le nombre de minéraux d’une roche et le nombre de
constituants chimiques de cette roche.
5.2 LA RÈGLE DES PHASES
Dans chaque séquence, dans chaque gamme de composition chimique, la paragenèse
d’une roche est fonction de P et T, mais aussi des variations de la composition chimique.
Au cours d’une évolution métamorphique, des minéraux nouveaux se forment tandis
que d’autres disparaissent. Cependant, le nombre de minéraux n’augmente pas, mais
reste, au contraire, constant. Il existe une relation mathématique très simple qui lie le
nombre de minéraux et le nombre de constituants chimiques de la roche. C’est la
règle des phases qui s’écrit :
M = C + 2 – F.
« M » est le nombre de phases physiquement distinctes : dans le cas des roches, il
s’agit des minéraux et, éventuellement, la phase vapeur V. « C » est le nombre de
constituants chimiques indépendants. « F » est le degré de liberté ou la variance de
l’assemblage des « M » minéraux.
Le nombre de constituants indépendants est le plus petit nombre de composés
chimiques (éléments, oxydes, molécules) dont la combinaison permet d’obtenir les
compositions de toutes les phases (minéraux) d’un système donné. Considérons le
système minéralogique constitué des trois silicates d’alumine : disthène, sillimanite,
andalousite. Ces trois minéraux sont des polymorphes qui ont la même composition
chimique : Al 2 SiO 5 . Un seul constituant indépendant rend compte de ce système. Par
contre, si l’on veut prendre en considération le quartz et le corindon, deux constituants
chimiques sont nécessaires : SiO 2 et Al 2 O 3 . Si l’on s’intéresse aux métaux silicium et
aluminium et au gaz oxygène, il faut prendre en compte trois constituants chimiques
indépendants qui sont Si, Al et O.
Dans la règle des phases, le chiffre 2 indique le nombre de paramètres intensifs du
métamorphisme : T et P. Si l’on raisonne dans un système isobare ou isotherme,
alors ce chiffre est 1. « F » est le degré de liberté ou la variance de l’assemblage des
« M » minéraux. Nous considérerons uniquement des valeurs de F comprises entre 0
et 2. Mais des valeurs supérieures et négatives sont possibles.
Revenons à l’exemple des trois silicates d’alumine (figure 5.1). Nous avons là un
système avec C = 1 (Al 2 SiO 5 ). Si F = 2, la règle des phases indique que M = 1. La
paragenèse correspondante est constituée d’un seul des trois minéraux : Ky ou Sil ou
And. Cet « assemblage » a deux degrés de liberté dans l’espace P-T. Cela signifie
que chacune des paragenèses Ky ou Sil ou And reste stable lorsque P et/ou T varient
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